背景
在过去的几十年里，光纤技术已经彻底改变了电信行vwin真人娱乐业，以惊人的低成本实现了大容量、远距离通信和网络。vwin真人娱乐光纤在许多其他应用中也发挥了重要作用:它们已被用于为精密标记和切割提供光;作为一种实用、大功率、高相干的激光光源;用于成像系统;作为一种在交通不便的地方提供照明的手段——更不用说味道可疑的人造圣诞树了(在节日期间，我们的实验室里确实出现过这种人造圣诞树)。
甚至在光纤在电信行业大显vwin真人娱乐身手之前，光纤技术在工业和环境传感领域就显示出了前景。几十年的研究现在正在转化为安全、精确的基于光纤的测量仪器，包括陀螺仪、温度探头、水听器和化学监测器。事实上，从铁路、vwin真人娱乐隧道、桥梁到工业烤箱和废物处理系统，光纤传感器的应用无处不在。
光纤传感——将光纤应用于工业和环境传感应用——是这vwin真人娱乐一多功能技术的另一个令人兴奋的增长领域。例如，在更广泛的传感领域中，它是唯一一个拥有自己充满活力的系列会议的学科。在这些会议上，研究人员描述了测量从血糖水平到引力波等一切事物的潜在技术。一些想法已经从实验室跨越到了竞争激烈的传感器技术市场。光纤在传感应用中的应用vwin真人娱乐实际上早于它在通信网络中的应用。它始于20世纪60年代中期“Fotonic”传感器的开发，这是一种基于束的设备，用于测量距离和位移，尤其是在机床行业。尽管Fotonic是一项不完美的技术，其历史也很短暂，但传感器背后的想法激发了研究界的想象力。
光纤传感器简介vwin真人娱乐
机制
基本原理很简单(如下图所示):将光送入光纤;根据光与感兴趣的参数的相互作用来安排光的调制;然后将调制后的光传回监测点。每一步都有各种各样的方法，特别是用来调制光线的方法，但这是技术的本质。
优势
vwin真人娱乐与其他传感技术相比，光纤传感器具有许多优点。也许最重要的是，这些传感器不受电磁拾取的影响，并且可以通过光纤连接到很长的距离——有时可以延伸到几十公里。这种纤维在危险环境中也很安全。此外，它们在化学上是被动的，具有小的物理尺寸，并且在机械上与许多操作环境兼容。
缺点
不可避免地，这些传感器也有缺点。例如，对于某些应用程序，数据解释是困难的，而培养用户信心和监管接受度可能是一个漫长的过程。与光纤是无可争议的领先技术的高带宽通信不同，在传感领域有许多其他可用的选择;光纤很少是显而易见的选择——尽管它可能是一个非常好的选择。
功能及应用
vwin真人娱乐当基于使用光纤架构的环境敏感干涉仪或监测颜色或波长敏感行为时，光纤传感器特别通用。前者包括用于测量动态压力场的干涉仪(例如水听器和地震检波器)和用于旋转的Sagnac干涉仪;后者几乎涵盖了所有的光谱，包括基于与中间试剂(例如酸/碱指示剂)相互作用的传感器(通常被称为光极谱)，以及气体、液体和固体的直接光谱测量。这一类别还包括环境敏感的光谱滤波器，其中光纤光栅(光纤光栅)是迄今为止最著名的。
一种非常重要但不太明显的调制机制包含了入射光、光纤本身的材料和光纤周围环境之间的非弹性相互作用。这些相互作用，其中拉曼散射和布里渊散射是最重要的，产生沿光纤向前和向后方向传播的光的光谱的特征非线性变化。事实上，光纤产生可预测的后向散射的能力为传感应用开辟了新的前景。可以测量后向散射辐射发射和返回之间的时间延迟的传感器系统可用于探测沿光纤的环境。这些所谓的分布式传感器技术是光纤技术所独有的。vwin真人娱乐
分布式传感器便于在很长的相互作用时间内测量应变和温度——长达数十公里。此外，根据发射光的时间处理调制，应变或温度场可以在1米数量级的规长上以足够的精度求解，在某些系统中甚至更低。类似地，光纤传感器可以vwin真人娱乐很容易地配置成点测量设备阵列的多路配置。每个设备只需要一个光源来为网络供电。这种多路复用的能力通常多达几百个审问点是光纤传感器的另一个定义特征。vwin真人娱乐
vwin真人娱乐光纤传感器的实际应用
传感领域充斥着解决专业应用的特殊技术，光纤传感也不例外。即使同一类型的技术可以用于满足一系列需求，单个设备也会根据具体应用及其对精度、稳定性、分辨率、制造量和许多其他相互依赖的参数的要求而有很大差异。
分布式温度传感
几十年前，拉曼分布式温度传感(DTS)探头作为基于光纤传感的原型系统出现(DTS概念如下图所示)。该探头能够测量1℃的温度分布，测量长度为1米左右，测量时间约为一分钟，总询问长度为几十公里。DTS是测量隧道和管道温度变化的有力工具。许多系统现在安装在地下铁路、公路隧道和大型工业烤箱中。还有一些系统被安装在大型电机中，这些电机在故障条件下可能容易过热。
DTS的主要优点是该技术相当于数千个热电偶，沿着扩展的测量结构以1米的间隔间隔排列。对于其他温度传感系统，电线、网络和供电可能不切实际，特别是在本质安全可能很重要的领域。然而，使用DTS，用户可以简单地展开光纤并将其连接到安全的地方。多路复用网络也可能非常重要，尽管它们还没有建立起DTS所享有的商业利基。单根光纤长度的光纤光栅网络已被广泛用于负载和状态监测的应变和/或温度传感器阵列，特别是在碳纤维复合材料结构中。这些传感器阵列通常被称为“智能结构”，有助于从飞机和桥梁等结构中收集运行数据。
原则上，这些数据可以用来确定感兴趣的结构的完整性。但在实践中，这仍然困难重重。当然，研究人员和工程师可以收集大量的数据，但如何解释这些数据是一个相当有争议的话题。其目的是表示结构完整性的可靠指标。然而，培养用户信心和监管接受度是一个漫长的过程。环境监测是多路复用系统的另一个潜在应用。垃圾填埋场甲烷气体的产生是填埋场安全性和其中发生的厌氧分解过程进展的重要指标。一个监测10公里范围内甲烷气体浓度的测量系统可以提供持续评估的好处，从而改善操作，特别是当甲烷(一种非常活跃的温室气体)可以用来产生几兆瓦的电力时。
vwin真人娱乐针对这一应用的光纤系统显示出巨大的前景;它们是基于使用单模光纤连接的小型吸收电池。随着环境法规变得更加严格，这种系统为监测废物处理操作提供了一种潜在的决定性技术。使用这种方法，从单一激光源处理200多个传感器的多路复用系统是可行的。然而，就像光纤光栅应变传感器阵列一样，如何处理这些系统获得的所有数据的问题令人困惑。此外，将这一系统潜力纳入环境立法和监管标准是一个耗时的过程。
vwin真人娱乐光纤陀螺仪
在一些领域，光纤传感器已经开始成为自然的选择。vwin真人娱乐它们在水听器和地震检波器方面极具竞争力，同样是在多路复用阵列中。作为一个单独的传感器元件，vwin真人娱乐光纤陀螺仪可以说是最成功的。(光纤vwin真人娱乐陀螺仪如下图所示)
陀螺仪测量惯性空间中的旋转;它们是导航和定位系统以及广泛用于飞机和船舶的稳定设备中的重要仪器。光纤陀螺vwin真人娱乐仪基于Sagnac干涉仪的光纤实现，Sagnac干涉仪在近一个世纪前首次被证明。Sagnac干涉仪背后的想法很简单。光从分束器沿两个方向绕一个环路发射，并且环路被旋转。当光线在回路中返回分束器时，与分束器方向相同旋转的光线比与分束器方向相反旋转的光线要走得更远一些。因此，在两个方向旋转的光束到达分束器时，有一个小的时间延迟。这种时间延迟可以用干涉法作为光学相位来测量。
以光纤形式实现这一概念需要一些优雅的光学和仔细的工程。vwin真人娱乐经过大约十年的努力，已经产生了具有非常高可靠性的高精度旋转测量仪器。这种可靠性在于，光纤陀螺仪不像机械陀螺仪(甚至不像同样基于Sagnac效应的环形激光系统)，它没有机械运动部件。vwin真人娱乐此外，光纤陀螺仪的比例因子与机械加速度无关，这与更成熟的机械纺车技术形成了vwin真人娱乐对比。此外，光纤陀螺仪可以配置多种不同版vwin真人娱乐本，以满足精度、寿命和环境耐受性方面的不同需求。每年生产和销售几十万个光纤陀螺仪。vwin真人娱乐
在土木工程中广泛应用的另一个成功的光纤vwin真人娱乐传感器是代表作(法语首字母缩写通过光纤监控结构)系统。这款白光光纤迈克尔逊干涉仪可作为一个精确的伸度计，测量长度可达几十米，具有长期稳定性和以微米为单位的精密机械读数。
受激布里渊散射已被用于分布式应变测量，特别是在地震易发地区安装的光纤通信电缆上。vwin真人娱乐在生物医学领域，成功的体内系统——例如，用来评估人的胃液——已经被确立为有用的诊断工具。还有很多其他的。
光纤传感器的未来vwin真人娱乐
vwin真人娱乐光纤传感器仍然令人着迷。与光子学的其他领域一样，研究人员对将新技术融入传感和仪器环境的前景感到兴奋。光子晶体和光子晶体纤维看起来很有趣——尽管研究人员刚刚开始弄清楚如何将这些前景解释到有点正交的传感器系统环境中。基于光纤技术的高功率激光器能够对材料进行特别创新的非线vwin真人娱乐性表征。毫无疑问vwin真人娱乐，光纤锥将作为一种探针重新出现，在微观甚至纳米尺度上检查结构。
计算方面的创新和扩展数据处理能力的可用性也将有助于提高我们解释来自大型相似传感器阵列的数据的能力，并导致互补传感器的有用组合。光学微机电系统也有机会，尽管这些还没有成为基于光纤的传感器技术。光纤传感器技术的开发将继续缓慢而vwin真人娱乐稳定地扩大。与此同时，研究界将继续研究新的工具，并寻找应用它们的机会。
文章来源:http://www.fiberopticshare.com/applications-and-advances-of-fiber-optic-sensors.html
